《Food Chemistry》：Atmospheric air DBD plasma treatment of rapeseed (
Brassica napus L.): balancing growth enhancement and fatty acid content
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•首次报道对油菜籽进行大气空气等离子体处理。•等离子体将种子水分接触角从123.7°降低至28.6°。•等离子体处理增强了发芽和幼苗发育。•适度暴露增加了主要不饱和脂肪酸含量。•延长暴露时间改善了生长参数，但加速了脂质氧化。引言由于人口增长，全球粮食需求正迅速增加，预计到20
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首次报道对油菜籽进行大气空气等离子体处理。
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等离子体将种子水分接触角从123.7°降低至28.6°。
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等离子体处理增强了发芽和幼苗发育。
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适度暴露增加了主要不饱和脂肪酸含量。
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延长暴露时间改善了生长参数，但加速了脂质氧化。
引言
由于人口增长，全球粮食需求正迅速增加，预计到2050年将达到约96亿人（Ayele等人，2026年）。这一趋势对农业系统和自然资源构成了巨大压力，尤其是在气候变化、土地退化和水资源短缺的背景下。据国际组织报告，气候变化、工业化和城市扩张等因素已经导致农业生产力下降和粮食安全危机。此外，化学农药和化肥的过度使用引发了严重的环境和健康问题，包括土壤和水资源污染以及抗药性害虫的产生（FAO等人，2024年；Mbow等人，2019年）。鉴于这些挑战，迫切需要开发可持续、节能且环保的技术，在最小化生态影响的同时提高作物产量和质量（Boye & Arcand，2013年）。植物油是全球农业生产的重要组成部分，年产量超过2.2亿吨。在油料作物中，油菜（Brassica napus L.）是最重要的食用油和生物柴油来源之一（Osman等人，2024年）。菜籽油的品质和功能主要由其脂肪酸组成决定，特别是饱和脂肪酸与不饱和脂肪酸之间的平衡，这影响着营养价值、氧化稳定性和工业应用（Ojha等人，2024年）。然而，油菜种植对环境胁迫高度敏感，如干旱、温度波动和土壤退化，这些因素对发芽、早期生长和最终产量产生负面影响（Islam等人，2019年；Li等人，2025年；Morsi等人，2023年；Zhang等人，2025年）。因此，提高种子性能和早期幼苗建立对于提高产量和油质至关重要。
传统的种子处理方法——包括化学消毒、浸泡和包衣——被广泛用于提高发芽率和保护种子免受病原体侵害。然而，这些方法往往存在环境毒性、效果不稳定以及对处理条件控制有限等局限性（Moumni等人，2023年）。近年来，冷等离子体（CAP）作为一种有前景的非热技术，在农业领域崭露头角。等离子体，常被称为物质的第四态，由部分电离气体组成，包含电子、离子、激发态物种以及活性氧和氮物种（ROS/RNS），可对生物表面引起物理化学改性（Dilip等人，2025年；Fang等人，2024年；Song等人，2024年）。
研究表明，CAP处理通过产生活性物种和表面活化，能够提高种子发芽率、增强吸水能力并刺激生理和生化过程（?ur?ányová等人，2023年；Puligundla等人，2017年）。这些效果通常归因于表面亲水性增加、种皮通透性改善以及酶和代谢途径的激活。多项研究报告表明，经等离子体处理的种子在不同植物种类中表现出增强的生长性能和胁迫耐受性（Du等人，2024年；Ford & Coad，2025年；Grainge等人，2022年；Li等人，2025年；Pourbagher等人，2025年；Suwannarat等人，2025年）。
迄今为止，关于油菜（Brassica napus L.）的等离子体处理研究主要依赖低压（基于真空）等离子体系统。虽然有效，但这些方法涉及复杂的仪器、较高的运行成本和较长的处理时间，限制了其可扩展性并阻碍了大规模农业应用。此外，尽管已有研究充分证实了等离子体处理对发芽和种子生长早期阶段的积极影响，但我们对种子表面性质、生理过程和生化组成，尤其是在油料作物中，其同时效应的了解仍然有限且不足。另外，在处理时间对有益效应与潜在氧化变化之间平衡的影响方面，在大气条件下尚未得到充分阐明。
为应对这些挑战，本研究调查了以空气为工作气体和短时间暴露（10–120秒）的大气压力介质阻挡放电（DBD）等离子体系统对油菜（Brassica napus L.）种子的影响。选择环境空气作为操作气体对于提高大规模农业应用潜力也具有实际意义（Pańka等人，2022年）。虽然氩气和氦气等惰性气体能够提供稳定可控的等离子体放电，但其使用需要连续的外部气源以及存储、输送和流量控制基础设施，这可能增加大规模种子处理应用中的操作复杂性和成本（Benabderrahim等人，2025年）。相比之下，在环境空气中进行DBD处理不需要专用的惰性气源，可以直接在大气压力下操作，这减少了气体处理需求并便于集成到连续或高通量种子处理系统中。使用环境空气还可能降低与外部气体供应相关的运营成本（?imek & Homola，2021年）。等离子体系统使用电压-电流测量和光学发射光谱进行表征以识别活性物种。进行了全面评估，包括发芽指数、幼苗生长参数、吸水率、叶绿素含量、表面润湿性以及使用场发射扫描电子显微镜（FESEM）进行的种子微观结构分析。此外，对种子的脂肪酸谱进行了分析，以确定不同等离子体暴露条件下脂质组成的变化。还进行了盆栽实验以验证等离子体处理在土壤栽培条件下的效果，重点关注茎长、叶片发育和生物量积累等植物生长参数。据我们所知，这是首次研究使用以环境空气为工作气体的大气压力DBD等离子体直接处理油菜种子。与需要真空设备的低压等离子体系统不同，本研究中的配置直接在大气条件下运行，无需外部工作气源，从而降低了系统复杂性和相关的运行要求。这些特性为未来基于等离子体的种子处理的规模化提供了实际优势。在本研究中，我们调查了等离子体处理时间对种子生理性能和脂肪酸谱的影响是遵循相似还是不同的响应模式。该方法旨在确定是否可以识别出最佳处理窗口，以实现生理和营养反应的有利平衡。
章节摘要
种子材料
在本研究中，从伊朗马赞德兰省萨里市的油料作物种植发展公司获取了均匀且无损伤的油菜（Brassica napus L.，品种Okapi）种子。在处理前，对种子进行了目视检查，以确保其在大小、形状和物理缺陷方面的一致性。每个实验条件使用40粒种子，直接暴露于大气条件下由介质阻挡放电（DBD）系统产生的等离子体中。种子未经
基于电压-电流的等离子体分析
图2展示了用于处理油菜种子的介质阻挡放电（DBD）系统的电学特性，以空气为工作气体并使用交流（AC）电源。电压波形的峰值约为3 kV，近似正弦波，但在特定点显示出明显的失真和尖锐峰值，表明发生了放电事件（Tatarcan等人，2025年）。此外，电流波形呈现完全正弦波形
结论
本研究表明，大气压力介质阻挡放电（DBD）等离子体处理显著影响了油菜种子的物理化学、生理和生化特性。等离子体暴露显著增加了种子表面亲水性，将水分接触角从未经处理种子的123.7°降低至120秒处理后的28.6°。这些表面改性伴随着生物学性能的增强，包括发芽率提高，几乎
CRediT作者贡献声明
Behnam Tondafshan：撰写——初稿，方法论，正式分析，数据整理。Seyed Iman Hosseini：撰写——审阅与编辑，验证，监督，概念化。Parviz Heidari：撰写——审阅与编辑，验证，正式分析，数据整理。
利益冲突声明
作者声明不存在已知的可能影响本文所报告工作的竞争性经济利益或个人关系。
Behnam Tondafshan|Seyed Iman Hosseini|Parviz Heidari
